F = -C*(e/3)²/d² = - 8,99*10⁹*(1,6*10 ¹⁹/3)²/(1,8*10 ¹⁵)² = -8N

Transkript

1 Antistofteorien. Big Bang har længe været en anerkendt teori om universets skabelse. Den har imidlertid mange mangler. Da universet består af masser der tiltrækker hinanden er det svært at forklare universets udvidelse. Derfor indføres en teoretisk konstruktion, inflation som tænkes iværksat af en uhyre stærk frastødende kosmologisk konstant Λ (lambda). Λ begynder at virke når universet har en radius på ca. 10 ²⁷ m og skaber i løbet af ca.10 ³⁴ sek hele universet. Big Bang teorien hævder at der i universet næsten udelukkende findes partikler, skønt vi ved fra acceleratorforsøg at partikler og antipartikler altid skabes samtidigt. Ifølge det kosmologiske princip skulle Universet være ensartet, men det er det ikke og Big Bang kan vanskeligt forklare hvorfor. Big Bang har ikke nogen overbevisende forklaring på galaksernes skabelse, hvorfor de er flade og den måde de roterer på. Den kan ikke forklare de enorme energier der udsendes fra kvasarer og gammaglimt. Derfor vil jeg opstille en helt anden teori om universets skabelse. Den kalder jeg antistofteorien fordi den tager udgangspunkt i at der skabes lige meget stof og antistof. Det viser sig, at antistofteorien løser alle de nævnte problemer ved Big Bang teorien. Enkelte forskere har overvejet tilstedeværelsen af antistof i universet. Allerede i 1898 skrev Arthur Schuster: Astronomi, the oldest and yet most juvenile of the sciences, may still have some surprises in store. May antimatter be commended to its care!.nogle forskere har afvist eksistensen af antistof, fordi der ikke i universet er tegn på den voldsomme stråling som udsendes ved annihilation. Denne indvending er blevet tilbagevist. Ifølge antistofteorien er det intergalaktiske rum opfyldt af en gas der hovedsageligt består af antibrintmolekyler. Den er usynlig ligesom tør atmosfærisk luft. Massetætheden er meget lav men den samlede masse er formentlig som galaksernes masse. Eksistensen af dette antistof er bekræftet af observationer af højenergetiske positroner som kommer fra det intergalaktiske rum. Det er sket med AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) på ISS (International Space Station). Disse positroner må være slået løs fra antibrintmolekyler. Der er også observeret antiprotoner som synes at komme fra det intergalaktiske rum. Svarende til enhver elementarpartikel findes der en antipartikel. Den elektrisk negative elektron har en elektrisk positiv antipartikel, positronen. Protonen har en antiproton, neutronen en antineutron o.s.v. Antipartiklerne findes formentlig ikke i mælkevejen udenfor laboratorier. Hvis de var der, ville de hurtigt annihilere ved at forenes med deres partikel under frigørelse af stor energi. Kosmologerne kan vanskeligt forklare hvorfor der ved Big Bang er dannet så meget stof og ikke noget antistof. Her vil jeg antage, at der oprindeligt er dannet lige meget stof og antistof. Antistoffet må findes et sted udenfor mælkevejen. Stof og antistof må være adskilt på et tidspunkt i universets udvikling og for at det kan ske må der være en mekanisme. Min første tanke var at gravitationskraften mellem stof og antistof kunne være frastødende. Men ret 1

2 beset er gravitation ifølge Einsteins almene relativitetsteori en tiltrækning der virker mellem alle masser. Antipartikler har samme masse som partikler og gravitationskraften på dem er derfor også tiltrækkende. Jeg vil i stedet vise, at der tidligt i universet var en mekanisme, der kunne adskille stof og antistof. Ursuppe Den sædvanlige teori er at universet er skabt ved et Big Bang, der startede med et lille punkt. Jeg vil i stedet foreslå at starten var en ursuppe. Hvordan denne suppe er opstået vil jeg ikke spekulere over nu, men vi kan i hvert fald glemme alt om Big Bang. Vi kan ikke genskabe en ursuppe og kender derfor ikke helt dens egenskaber. Det nærmeste vi kommer er forholdene inde i atomkerner som kan betragtes som meget små suppedråber. De undersøges ved kollissionsforsøg med store energier hvorved der dannes hurtige frie partikler som forlader den lille suppedråbe. Forholdene er helt anderledes i den enormt store ursuppe, som partikler ikke kan forlade. I Big Bang teorien opererer man også med en suppe med temperatur 10²² K der eksisterer når universet har en alder på 10 ²³ sek, hvorefter suppen eksploderer og opløses i partikler. Den ursuppe vi taler om i antistofteorien eksisterer i meget lang tid og har en meget lavere temperatur. Vi ved at suppen ligesom atomkernerne består af kvarker. Ved kollisionsforsøg har man vist eksistensen af 6 forskellige kvarker og deres tilhørende antikvarker. De har alle et bestemt energiindhold. De letteste er u ( up ) og antikvarken ū med energier ca 2 MeV samt d ( down ) og đ med energier ca 5 MeV. Overstregning betegner antipartikler. Kvarkernes energiindhold eller masse kan ikke måles og er beregnet ved simulering af de partikler hvor kvarker indgår. Resultaterne er usikre da de er baseret på en teoretiske model (Quantum Colour Dynamics) og en række antagelser. u har en elektrisk ladning +2e/3, hvor e er den elektriske elementarladning. d har en elektrisk ladning -e/3. Antipartikler har samme ladning som partiklerne men med modsat fortegn. Alle kvarkerne er kvantemekaniske felter der kan gennemtrænge hinanden. En kvark og dens antikvark gennemtrænger hinanden og danner et elektrisk neutralt par. Parret kaldes en gluon. Gluonerne gennemtrænger også hinanden. Næsten alle kvarker i suppen findes som gluoner og suppen kan kaldes derfor en gluonsuppe. De kræfter der binder kvarkerne sammen kaldes stærke kernekræfter og de er så stærke at man ikke kan isolere en kvark. Man har vist at de stærke kernekræfter egentlig er de samme som elektromagnetiske kræfter. Det er jo på en måde elektrisk ladning der holder kvark og antikvark sammen. Alle kræfter har således samme karakter. Gravitationen er ikke en kraft men ifølge Einstein en forandring af rummet. De to kvarker i en gluon bevæger sig ved rotation og vibration og har en lille sandsynlighed for at fjerne sig fra hinanden. Jo mere de adskilles desto større bliver tiltrækningskraften mellem dem på grund af deres elektriske ladning. Vi kan beregne en tilnærmet værdi af tiltrækningskraften mellem to d kvarker, der lige netop er adskilt: 2

3 F = -C*(e/3)²/d² = - 8,99*10⁹*(1,6*10 ¹⁹/3)²/(1,8*10 ¹⁵)² = -8N C er Coulombs konstant. Elementarladningen e= 1,6*10 ¹⁹. Vi kender ikke kvarkers struktur eller størrelse, men må antage at de er mindre end nukleoner, der indeholder kvarker. Derfor er afstanden r sat til nukleonernes diameter d= 1,8*10 ¹⁵. Kvarker har spin d.v.s. bevægelsesmængdemoment og da de har elektrisk ladning får de også et magnetisk dipolmoment. Kvarkerne har det mindst mulige spin og det har to modsatte retninger, der betegnes +½ og -½. To magnetiske dipoler med samme retning frastøder hinanden og to magnetiske dipoler med modsat retning tiltrækker hinanden. De to kvarker i en gluon har modsat ladning og må have spin i modsat retning og dermed magnetisk dipolmoment i samme retning. Gluonerne har altså spin 0. Vi kan beregne en en tilnærmet værdi for frastødningskraften mellem to adskilte kvarker med ensrettet magnetisk dipolmoment ved at benytte den magnetiske permeabilitet for vakuum: 3*10 ⁷ F = 3*10 ⁷ * m²/d⁴ = 3*10 ⁷*(9,66*10 ²⁷)²/(1,8*10 ¹⁵)⁴ = 2,7N Det magnetiske dipolmoment m er her sat til den eksperimentelt bestemte værdi for neutroners magnetiske moment. Afstanden d er igen sat til nukleonernes diameter. Eksponenten på d der før var 2 er nu 4 og det betyder at den magnetiske kraft virker på meget kortere afstand end den elektriske kraft. Det er heldigt at den frastødende magnetiske kraft er mindre end den før beregnede tiltrækkende elektriske kraft. Begge kræfter er stærke og de er grundlaget for de stærke kræfter i atomkerner. En mere nøjagtig beskrivelse af de stærke kernekræfter gives i den såkaldte kvanteelektrodynamik. Undertiden kan de to kvarker i en gluon have held til at blive skilt og bevæge sig væk fra hinanden og det kaldes pardannelse. Hver af dem vil imidlertid hurtigt finde en ny partner og sammen med denne danne en ny gluon. Det kaldes annihilation. Pardannelse og annihilation vil dog sikre en diffusion af energi i suppen. Derfor vil suppen søge ligevægt med ensartet sammensætning, temperatur og tryk. Der er også den mulighed at to kvarker samtidig bliver adskilt fra deres to antikvarker. For eksempel kan der dannes et sæt af en kvark og en antikvark, en positiv pion (u đ) eller en negativ pion (d ū). De to pioner er hinandens antipartikel og de dannes samtidig. Da de har modsat elektrisk ladning tiltrækker de hinanden. De vil derfor straks mødes og annihilere. Ved kollissionsforsøg i laboratorier opstår der frie pioner. En fri pion, der opstår ved kollissionsforsøg har stor hastighed således at den elektriske tiltrækning fra dens partner ikke kan nå at påvirke den. En fri pion har energien 140 MeV. De to valenskvarker i pionen har tilsammen energi 2+ 5 = 7 MeV. Resten af den frie pions energi 133 MeV udgøres af gluoner, der holder sammen på de to kvarker. Det er også muligt at tre kvarker samtidig og på samme sted bliver skilt fra deres antikvarker. Der kan således dannes en positiv proton (u u d) og en negativ antiproton (ū ū đ). Da protonen og antiprotonen tiltrækker hinanden vil 3

4 de straks mødes og annihilere ligesom pionerne. De får derfor ingen betydning i gluonsuppen. I gluonsuppen er det neutroner (d u d) og antineutroner (đ ū đ) der har afgørende betydning. Neutronens kvarker har tilsammen energien = 12 MeV. Den frie neutrons energi er 940 MeV. Resten af energien 928 MeV eller 98,7% udgøres af gluoner der holder sammen på de tre kvarker. I atomkerner er neutroner og protoner næsten frie, og har næsten deres fulde energi. Dog tiltrækker nukleonerne i atomkernen hinanden med en kraft (residual force) der er noget mindre end den kraft (strong force) der binder gluoner sammen i nukleonen. Forholdene i ursuppen er anderledes end i atomkernerne. De neutroner der findes i suppen består af tre valenskvarker, der holdes sammen af stærke kræfter af elektromagnetisk karakter. Disse neutroner kan kaldes neutronskeletter, da de kun indeholder 1,3% af frie neutroners energi. Neutronskeletterne har formentlig samme størrelse som frie neutroner. Vi skal senere se at gluonerne i suppen er langt større end neutronskeletterne. Gluonerne gennemtrænger hinanden og gennemtrænger også neutronskeletterne, som jeg nu bare vil kalde neutroner. Efter pardannelser i suppen sættes neutroner og antineutroner i bevægelse i tilfældige retninger, men hvordan de bevæger sig gennem gluonsuppen ved vi ikke så meget om. Ved kollissionsforsøg med tunge atomkerner opstår en gluonsuppe kortvarigt. Forsøgene viser, at at gluonsuppen ikke yder nogen modstand mod partiklerne i suppen. Viskositeten er nul. Suppen er en ideal væske. Forsøgene er dog udført med gluonsupper af høj temperatur. ( En forklaring på den manglende modstand i gluonsuppen kan være at partiklerne i gluonsuppen består af valenskvarker. Når neutronens tre valenskvarker bevæger sig gennem gluonsuppen, følger dens gluoner ikke med, men udskiftes med andre gluoner i suppen. Neutronen, der bevæger sig gennem gluonsuppen er kun et skelet bestående af tre valenskvarker. En normal væske vil blive sat i bevægelse når en partikel bevæger sig gennem væsken men ikke gluonsuppen. Partiklerne i gluonsuppen kan altså bevæge sig upåvirket af gluonerne, men de vil blive stoppet et sted. I gluonsuppen vil neutronens tre valenskvarker bevæge sig og de vil møde forskellige kvarker, idet neutronens gluoner hele tiden udskiftes. De tre valenskvarker vil annihilere når de møder tre relevante antikvarker og danne gluoner under udløsning af energien 12 MeV. Neutronen er dermed blevet opløst i gluonsuppen. Vi kan skønne over temperaturen af ursuppen. Temperaturen må være langt mindre end den er ved kollissionsforsøgene. Den er også langt mindre end den temperatur man forestiller sig for plasmaen i Big Bang. Den energi der kræves til at danne et par frie neutroner er 2* 940 MeV. Men hvis alle gluoner i suppen havde denne energi i middel havde denne energi ville alle suppens gluoner danne frie partikler og suppen ville blive opløst. Suppens temperatur må være meget lavere. Den energi der kræves for at danne tre kvarkepar til et 4

5 neutron-antineutronpar er måske E = = 24 MeV og det svarer ifølge Boltzmans lov E=kT til en middeltemperatur på ca T=2 10^11 K. Ved denne middeltemperatur vil der dannes rigeligt med kvarkepar og en spredt produktion af neutronpar. Man kan beregne universets masse og dermed ursuppens masse. Det er lykkedes med Hubble rumteleskopet i 2012 at registrere galakser helt ud til 13,2 mia lysår ved at eksponere på et meget lille felt af himlen i lang tid. Der menes nu at være 1,5 10¹¹ galakser i universet. Man har fundet at galakserne i middel indeholder 4*10¹⁰ solmasser. Solens masse er 2*10³⁰ kg. Udover solmasser er der usynligt stof i tåger, brune dværge og små neutronstjerner så den samlede stofmasse skal multipliceres med 5. Ifølge antistofteorien er der lige så meget antistof i det intergalaktiske rum, så der kommer yderligere en faktor 2. Massen af stof og antistof i galakseuniverset er da 5* 2*1,5 10¹¹* 4*10¹⁰ * 2* 10³⁰ = 1,2 * 10⁵³ kg Rumfanget af ursuppen er mere usikkert. Man kunne forestille sig at gluonsuppen var lige så tæt sammenpresset som nukleoner i en atomkerne. Jeg vil senere forklare at det nok ikke er tilfældet. En mekanisme der kan adskille stof og antistof. Figur 1 Figuren viser to forskellige par af neutron plus antineutron. Øverst ses de tre kvarker, som neutronen eller antineutronen består af. Den elektriske ladning af kvarkerne er anført og den har betydning for tiltrækningen mellem kvarkerne. Det fremgår at den samlede ladning for neutronen er nul. En kvark og dens antikvark har modsat spin og modsat ladning. Spin af de elektrisk ladede kvarker frembringer et magnetisk dipolmoment og har dermed betydning for vekselvirkningen mellem de tre kvarker i neutronpakken. Reglen er at ingen af 5

6 de tre kvarker må have samme egenskaber med hensyn til ladning og spin. Således har de to kvarker med samme ladning modsat spin. Dette system kendes for neutroner og protoner og man taler om at de tre kvarker har forskellige farver (Quantum Chromo Dynamics). Vi ved ikke hvordan de tre kvarker i neutronen er placeret. Måske er de smeltet sammen så neutronen har sin egen struktur. Det samlede spin af neutronen er bestemt af u-kvarkens spin. Forskerne troede at det magnetiske dipolmoment af den elektrisk neutrale neutron måtte være nul, men blev nødt til at anerkende eksperimenterne der viser at det magnetiske dipolmoment er m = -9,66*10 ²⁷ J/T. Da m er negativ og altså modsat rettet spinnet, kan man formode at m er bestem af de negative d-kvarker. Jeg forestiller mig at u- kvarken danner par med den d-kvark, der har modsat spin, hvorved deres samlede spin er nul. Tilbage er en negativ d-kvark der bestemmer neutronens spin og magnetiske moment m som er modsat spinnet. Vi ser nu på den antineutron, der dannes samtidig med neutronen. Da u- kvarken havde spin ned må ū -kvarken have spin op. ū -kvarken ophæver den ene đ-kvarks spin ned og tilbage bliver en positiv đ-kvark med spin op. Dermed bliver antineutronens magnetiske moment positivt, hvad eksperimenterne også viser. Neutronen og antineutronen frastøder altså hinanden og vi har lige før beregnet kraftens størrelse 2,7N.Efter pardannelsen vil de to partikler bevæge sig væk fra hinanden og de vil aldrig kunne komme så tæt at de kan annihilere. Det er bemærkelsesværdigt at man ikke har observeret annihilation af frie neutroner og antineutroner med lave hastigheder. Vi må også tage det andet par af neutron plus antineutron på figur 1 i betragtning. Her er alle spin modsat rettede og der dannes ligeså mange af disse par i suppen. En neutron fra det første par kan vel annihilere med en antineutron fra det andet par, men det ses at u og ū kvarkerne har ensrettet spin og det vil gøre annihilation vanskeligt. Derfor kan vi regne med at annihilation ikke sker i gluonsuppen for neutroner der møder antineutroner men neutronerne bliver opløst når de møder passende antikvarker. Hvordan kunne stof og antistof blive adskilt? Måske kunne der i ursuppen tilfældigvis opstå et lille område A, hvor der var flere neutroner end antineutroner. Derved ville gluonsuppen udenom A få et område B med et overskud af antineutroner. På grund af annihilation vil der derefter være et overskud af kvarker i A og et overskud af antikvarker i B. Der er flest neutroner nær centrum og de har en længere middelvejlængde på grund af den lavere tæthed af antikvarker her. Deres spredning vil overskygge spredning fra neutroner længere fra centrum og give en resulterende strøm væk fra centrum. For antineutronerne gælder noget tilsvarende. Resultatet er således at gluonsuppen igen opnår en ensartet sammensætning. Der vil godt nok være en modsat rettet tendens til at de neutroner der vandrer mod centrum vil møde færre antikvarker og har en længere middelvejlængde end dem der bevæger sig i andre retninger. Men denne tendens får ingen betydning da overskuddet af kvarker eller neutroner være en langsomt faldende funktion af radius. 6

7 Jeg vil nu betragte en mere interessant hændelse, der kunne indtræffe tilfældigt. Lad os antage at flere pardannelser omkring samme tidspunkt og sted udsendte neutroner i samme halvrum og dermed antineutroner i det andet halvrum. Herved opstod der to skiveformede områder af type A og B tæt på hinanden og det giver mulighed for en ny udvikling. De to områder A og B vil igen få overvægt af kvarker henholdsvis antikvarker. Der dannes neutron/antineutron par overalt og vi ser på dem der dannes imillem A og B. Da tætheden af antikvarker er mindre ved A end ved B vil de neutroner der bevæger sig mod A vil få en længere middelvejlænge end de der bevæger sig mod B. Der vil derfor være en strøm af neutroner mod A. Strømmen fører alle neutroner mod A og ingen kan slippe udenom skiven A. Et tilsvarende argument kan gives for antineutronerne, og antineutronstrømmen ender derfor i skive B. Det er afgørende at alle neutroner og antineutroner der dannes mellem A og B flyttes mod A eller B og ingen kan forsvinde udenom. Resultatet bliver at bevægelsen af neutroner/antineutroner vil forøge overskuddet af kvarker i A og antikvarker i B. Overskuddet af kvarker eller neutroner bliver en stejlt faldende funktion af afstanden fra A og det forstærker strømmen af neutroner mod A. To kontinenter Jeg vil foreslå kosmologerne at konstruere en computermodel med den mekanisme jeg har foreslået. Indtil videre vil jeg skitsere hvordan pladerne A og B kan udvikle sig. Diameteren af pladerne er til at begynde med ganske små men det vil med tiden vokse. Neutroner og antineutroner bevæger sig som omtalt i retning fra den ene plade til den anden men ikke nødvendigvis vinkelret på pladerne. Ved randen af pladerne vil nogle neutroner og antineutroner derfor ende udenfor pladens rand og derved få pladens areal til at vokse. Figur 2 Figuren viser en akse vinkelret på pladerne. Det er kun en principskitse, så størrelsesforholdene kan ikke aflæses. Der vises overtal af neutroner i A eller antineutroner i B. Der vises samtidig overtal af kvarker i A og overtal af antikvarker i B. Pladerne er nu vokset i areal og i tykkelse og Jeg vil beskrive pladerne som to kontinenter adskilt af en kløft. I kløften vil neutronerne overvejende bevæge sig fra B mod A og antineutronerne modsat. Derved 7

8 opstår bjergtoppen i A hvor der er overtal af neutroner og kvarker og tilsvarende for B. Kløften er meget smallere end det fremgår af figuren. Overskuddet af kvarker og neutroner på bjerget giver anledning til en strøm af neutroner væk fra bjerget. Det har ikke nogen betydning i kløften, hvor der er en stærk strøm i modsat retning. I baglandet vil strømmen af neutroner ikke møde nogen væsentlig modstrøm og overskudskurven falder svagt. Adskillelsen af stof og antistof i kløften kan fortsætte uforstyrret i meget lang tid. Hastigheden af processen kan endda forøges idet toppene bliver højere. Bjerget vokser i højden indtil strømmen fra bjerget ophæver den stærke strøm fra kløften. Derefter vil kontinentet vokse videre og vi får en svagt hældende linje i baglandet. Den svage hældning vil gælde ud til en afstand fra skiven der ligner skivens diameter. Længere ude vil neutronstrømmen sprede sig til siderne og overskuddet af kvarker vil falde meget hurtigt. På et tidspunkt har de to kontinenter formentlig omfattet mere end det område, der senere bliver til galakseuniverset. Det skal siges, at neutronerne i A udgør en meget lille del af det samlede energiindhold i A. Dels er koncentrationen meget lille. Dels er det vi kalder neutroner blot skeletter hvis energi blot er de tre valenskvarkers energi. De neutroner der dannes i A bevæger sig i tilfældige retninger og mødes tilfældigt. Vi har set at to neutroner med modsat rettede magnetiske dipoler tiltrækker hinanden. Nogle af neutronerne vil danne par og vandre sammen. I den forbindelse skal det nævnes, at neutroner såvel som protoner også danner par i atomkerner. En neutron i et par vil kunne bevæge sig længere i gluonsuppen end en enkelt neutron for de tre relevante antikvarker må have lidt mere energi for at frigøre neutronen fra parret. Lad os sige at der i gluonsuppen er 8 gange så mange neutroner som antineutroner i et område. Så vil sandsynligheden for at neutroner møder hinanden og danner par være 4 gange så stor som for antineutronerne. Der vil så være 4*8=32 gange så mange neutronpar som antineutronpar. Når neutronpar rammer hinanden vil de klistre sig til hinanden ved hjælp af gluoner. I atomkerner holdes nukleonpar også sammen med gluoner. Disse gluonkræfter (residual forces) er ikke så stærke som de der holder kvarker sammen i frie nukleoner. Jeg forestiller mig at enkelte gluoner gennemtrænger og omfatter flere nukleoner. Noget lignende kan ske i gluonsuppen. Med tiden vil flere neutroner samles i større grupper. Denne proces vil foregå i kontinentet samtidig med at kontinentet stadig vokser. Sådanne grupper af mange tætforbundne neutroner kalder jeg neutroniumkerner. Man taler om at der findes et stof neutronium. Neutronstjerner og galaksekerner består i princippet af neutronium. Der sker stadig pardannelse og opløsning af neutroner og antineutroner overalt også i de yderste lag af neutroniumkernerne, hvor neutronerne ikke er bundet så stærkt. Kvarkoverskuddet bliver større jo nærmere neutroniumkernen. Antineutroner bevæger sig væk fra kernen og neutroner bevæger sig nærmere indtil de opløses. Udenom neutroniumkernen opstår en kappe af type A med overskud af kvarker. Jeg kalder den en kvarkbolle. Antineutronerne bevæger sig 8

9 væk fra centrum og kvarkbollen og danner en antikvarksuppe B udenfor kvarkbollen. Figur 3 er en skitse af situationen. Figur 3 Den vandrette akse viser afstanden fra kvarkbollens centrum. Den lodrette akse viser overskud af neutroner i A eller antineutroner i B. Grafen viser også overskud af kvarker i A og overskud af antikvarker i B. Overskud af kvarker falder med afstanden fra centrum på hele figuren. Derved kommer der en strøm af kvarker mod centrum og antikvarker bort fra centrum. Derved vokser begge områder A og B. B-suppen vil smelte sammen med tilsvarende B-suppe fra nærliggende kvarkboller. Meget ofte vil de voksende kvarkboller smelte sammen idet den mellemliggende antikvarksuppe bliver presset ud til siderne. De sammensmeltede kvarkboller er styret af overskuddet af kvarker og de vil snart opnå kugleform. Selv neutroniumkernerne fra de sammensmeltede kvarkboller vil på et tidspunkt smelte sammen, men det sker formentlig først i plasmafasen, hvor gravitationen kommer til at spille en rolle. Sammensmeltninger af mindre kvarkboller fører til dannelsen af stadig større kvarkboller. Ildkugler Nærmest centrum på figur 3 er antydet en neutroniumkerne, hvor tætheden af neutroner er meget stor. Nogle af de neutroner, der strømmer mod centrum vil nå til kernen, hvor de bliver tiltrukket og sætter sig fast. Derved vokser kernen. Når neutronerne føres sammen udfører de tiltrækkende kræfter et arbejde som bliver til energi. Det kan sammenlignes med fusion af atomkerner. Fusion af atomkerner foregår i plasma. Her bliver energien til kinetisk energi for de frie partikler. I gluonsuppen er der ingen frie partikler og her bliver energien til kinetisk energi, (rotation og vibration) for neutronernes gluoner. Vi regner med at neutroner der opstår i gluonsuppen har et energiindhold på mindst 12 MeV. Neutronernes energiindhold kan forøges til højst 940 MeV for en fri neutron. Ifølge Einsteins almene relativitetsteori vil hastigheder v nær lysets hastighed c forøge massen efter formlen 9

10 Mº/ M= 1 - v²/c² Sætter vi hvilemassen Mº= 12 og slutmassen til den maksimale masse for en neutron M=940 får vi v = 0,987c. Denne hastighed er meget stor men rimelig da neutronen er meget lille. De neutroner vi har i neutroniumkernen har langt fra den maksimale masse. De tiltrækkende stærke kernekræfter har en meget kort rækkevidde og kan derfor ikke nå at udføre et stort arbejde. Ifølge Einstein sker der en kontraktion af rummet ved store hastigheder. Hviledimensionen Dº og slutdimensionen D er givet ved formlen D / Dº = 1 v²/c² Den forholdsmæssige ændring af dimensionen er altså den omvendte af den forholdsmæssige ændring af massen. Når neutronerne har opnået det maksimale energiindhold, har deres tilhørende gluoner altså skrumpet til 12/940 = 1,3% af den oprindelige. Disse tanker har jeg fra Michael Byrne: Efterhånden får neutroniumkernerne mere masse, både fordi de tilføres flere neutroner fra kvarkbollen og fordi de tilførte neutroner har større masse. Denne koncentrationen af masse eller energi betyder at gravitation begynder at spille en rolle i universet. Ligesom rummet trækker sig sammen med massen vil rummet udenfor massen ifølge Einstein blive strakt så det trækkes ind mod massen. Denne effekt beskrives af Newton som den gravitationelle tiltrækning mellem alle masser. De neutroner, der dannes tæt på neutroniumkernen hvor antikvarktætheden er lav vil have en stor middelvejlængde og kan nå at blive absorberet af kernen. De vil inden da blive accelereret mod kernen og få en kinetisk energi. Det er neutronens gluoner der får denne energi. Dermed bliver neutronens masse forøget ifølge Einstein som før nævnt. Gravitationskræfterne har en lang rækkevidde og kan derfor tilføre neutronerne et større arbejde. Dermed bliver de absorberede neutroners masseforøgelse nu langt større. De absorberede neutroner vil forøge neutroniumkernens masse og kontraktion. Dermed forøges gravitationskraften udenfor kernen. Neutroner der dannes lidt længere væk fra kernen vil ikke nå kernen men gravitationen fra kernen vil forøge deres energi og når de bliver opløst vil energien forøge gluonsuppens temperatur. Der dannes lige så mange antineutroner som neutroner. De har godt nok ikke så stor middelvejlængde som neutronerne, men de vil også blive accelereret mod kernen af gravitationen og få forøget masse. Når de bliver opløst vil de forøge gluonsuppens temperatur. Udenfor kernen vil der i kvarkbollen opstå en kappe af gluonsuppe med høj temperatur. De neutroner/antineutroner der dannes her vil fra starten have stort energiindhold og dette vil blive forøget af gravitation fra kernen. Alle de nævnte processer fører til en stadig voksende temperatur i kappen. På et tidspunkt bliver temperaturen så høj at hovedparten af neutroner og antineutroner i kappen har et energiindhold på 940 MeV. Mange af disse 10

11 nukleoner får imidlertid tilført yderligere energi der ikke kan optages af deres gluoner. Den tilførte energi bliver da til kinetisk energi for nukleonen og den bliver til en fri partikel, løsrevet fra gluonsuppen. Når de frie neutroner og antineutroner mødes vil de ofte annihilere og danne andre frie partikler. Man har dog ikke eksperimentelle resultater for denne type annihilation, så den vil måske ikke være så hyppig. Men vi ved at en fri neutron har en levetid på ca 15 min. En anden mulighed er derfor at nogle af de frie neutroner henfalder til en proton, en elektron og en antineutrino. n p + e + ν Derefter vil protoner og de på tilsvarende måde dannede antiprotoner annihilere f.eks. således: p + p π+ + π Det kan også ske at en neutron og antiproton annihilerer og danner pioner. Ved alle disse processer er det egentlig valenskvarkerne der reagerer. Protonens energi er 938 MeV og pionens energi er kun 140 MeV. Den overskydende energi bliver til kinetisk energi for pionerne. Derved hæves plasmaens temperatur. De dannede pioner har kort levetid og henfalder straks til andre partikler med høj kinetisk energi. For eksempel ved processerne π e + ν π γ + γ I sidste ende bliver de ustabile partikler omdannet til elektroner, fotoner og neutrinoer med høj energi. Hele kvarkbollen vil blive omdannet til en plasma med meget høj temperatur og jeg kalder den en ildkugle. Temperaturen af ildkuglen må blive så høj at der er energi til at danne et frit par neutron/antineutron 2*940 MeV = ca 2GeV. Det svarer til en temperatur på 2,4*10¹³ K. Omtrent 2/3 af de frigivne nukleoner omdannes ved annihilation til varmeenergi. Det betyder at de tilbageblevne nukleoner i plasmaen i middel har en kinetisk energi på ca 2 GeV. Plasmaen har derfor en middeltemperatur 2,4*10¹³ K. De energirige partikler i ildkuglen bombarderer den tilstødende gluonsuppe i omegnen. Denne proces minder om det vi kender fra kollisionsforsøg når atomkerner bombarderes med højenergetiske partikler. Ved en partikelenergi på 7GeV svarende til en temperatur på 8,4*10¹³ K, vil der i nogle tilfælde blive frigjort en proton, men er energien 24GeV, vil der i alle tilfælde blive frigjort en proton. Jeg vil antage at ildkuglen har den nødvendige energi og ikke behøver at få tilført ret meget energi ved stød for at frigøre et par. Jeg antager derfor at temperaturen i ildkuglerne var 8,4*10¹³ K. Jeg har endnu ikke talt om energiindholdet i neutroniumkernerne. Dem ser vi sidenhen som galaksekerner. Mælkevejens kerne kan sættes til 5*10³⁶ kg. Jeg antager at den overskydende mængde kvarker i kontinent A er samlet i neutroniumkernerne. Dertil kan være kommet neutroner fra kvarkbollerne. Selve galakserne er dannet af materiale fra kvarkbollerne. Mælkevejens masse 11

12 kan sættes til 2*10⁴² kg d.v.s gange kernens masse. Den overskydende mængde kvarker i kvarkbollerne må være kommet fra den adskillelse af stof og antistof der er sket i kvarkbollen A og i antikvarksuppen B figur 3. Det betyder at antikvarksuppen B udenfor kvarkbollerne må indeholde omtrent samme mængde overskydende antikvarker som kvarkbollerne indeholder overskud af kvarker. Antikvarksuppen B leverer materiale til det intergalaktiske rum. Her må der altså findes antistof med nogenlunde samme masse som galaksernes masse. Kvarkbollerne er tilfældigt spredt over hele kontinentet. Deres størrelse er også tilfældigt fordelt. Derfor ser man senere galakser tilfældigt fordelt og af forskellige størrelser. Plasmafasen Rundt om en stor del af neutroniumkernerne er der på et tidspunkt dannet ildkugler af glødende plasma. Plasmaen indeholder hovedsageligt neutroner, protoner, elektroner, neutrinoer og fotoner, der alle er stabile partikler ved den høje temperatur. Lige udenfor ildkuglen er der gluonsuppe, som bliver bombarderet med energirige partikler fra ildkuglen. Suppens temperatur stiger så meget at den begynder at frigøre nukleoner og vi kan sige at suppen fordamper. For at frigøre en nukleon skal plasmaen tilføre suppen en energi på 940 MeV. Kun en del af de frigjorte nukleoner vil være nukleon/antinukleon par, der annihilerer i plasmaen og derved give plasmaen en del af energien tilbage. Det ser ud som om der bliver underskud i energi og at fordampningen må stoppe. Men det sker ikke. For i det øjeblik partiklerne bliver frigivet, får de tilført energi af gravitationskraften. Gravitationsfeltet lige udenfor ildkuglen er stort da neutroniumkernens masse er forøget med ildkuglens masse. Derved kan fordampningen fortsætte og ildkuglen kan vokse. For store ildkugler kan den høje temperatur endda forøges. Neutrinoer og fotoner i ildkuglen spredes af de øvrige partikler og opnår den samme høje temperatur 8,4*10¹³ K. Disse energirige og masseløse partikler vil ramme gluonsuppen i områder hvor der ikke er ildkugler. De vil blive absorberet af gluonerne og gluonsuppens temperatur vil stige så meget at suppen fordamper. Suppens omdannelse til plasma vil efterhånden brede sig til store dele af kontinentet. Energirige partikler fra Ildkuglen vil formentlig også bombardere neutroniumkernen og forøge dens temperatur. Hvis kernens masse er stor vil dens tiltrækning forhindre at neutroner fordamper. Man må regne med at mindre neutroniumkerner kan fordampe og muligvis helt forsvinde. Det er muligt at der i kontinent A er opstået neutroniumkerner af type B. De vil være små og de vil også forsvinde under den store omdannelse af gluonsuppe til plasma. Massen af plasmaen findes efter en tid i elektroner, protoner og neutroner. Der er lige mange elektroner og protoner. Elektronerne vil befinde sig i en sky omkring protonerne, hvorved den elektriske ladning neutraliseres. 12

13 Temperaturen er alt for høj til at binde elektronerne til protoner og danne atomer. I Big Bang teorien opererer man med en plasmatilstand, hvor temperaturen aftager i takt med universets udvidelse. Noget lignende har vi her i antistofteorien. Beregninger af processer med elementarpartikler kan formentlig bruges i begge teorier. F.eks. kan vi forklare hvorfor universets masse mest består af Brint men også 24% Helium. Jævnfør B. Ryden: Introduction to Cosmology. Neutroner og protoner vil indgå i en ligevægt n + ν p + e Forholdet mellem antal neutroner n(n) og antal neutroner n(p) er givet ved Maxwell-Boltzman ligningen n(n)/n(p) = exp(-1,29mev/kt) hvor 1,29MeV er forskellen mellem neutronens og protonens energiindhold og k er Boltzmans konstant. Det ses at når kt >>1,29MeV svarende til en temperatur 1,5*10¹⁰ K er der lige mange neutroner og protoner. Man har vist at processer med neutrinoer ophører når temperaturen er mindre end 9*10⁹ K svarende til neutrinoenergien 0,8 MeV. Ved denne temperatur får vi n(n)/n(p) = exp(-1,29mev/0,8mev) = 0,2 Hvis to af disse neutroner og to protoner danner Helium kerner, vil Helium massen udgøre 40% af den samlede masse. Men Helium kernen må dannes gennem flere mellemtrin hvor kerner som ²H og ³He indgår, og disse processer sker først ved en lidt lavere temperatur 7,6*10⁸ K, hvor neutrinoer ikke indgår. Mens temperaturen falder til denne værdi vil en del af neutronerne henfalde til protoner. Derfor dannes kun 24% Helium. Neutrinoer er masseløse, neutrale og bevæger sig med lyshastighed. De kan ikke eksistere i gluonsuppen, hvor deres energi straks vil blive absorberet af gluonerne. Meget energirige neutrinoer blev dannet i store mængder i den første del af plasmafasen. De deltog i mange forskellige processer med andre partikler. Da de bevæger sig med lyshastighed medvirker de til at skaffe temperaturligevægt i plasmaen. Men da neutrinoernes middelenergi var faldet til 0,8 MeV ophørte neutrino processerne. Fra da af har neutrinoerne stadig tabt energi på grund af universets udvidelse. De enorme mængder neutrinoer der fylder universet i dag er så energifattige at de knapt nok kan registreres. Fotoner er også masseløse og neutrale og bevæger sig med lyshastighed. De kan heller ikke eksistere i gluonsuppen. De indeholder elektromagnetisk energi og i plasmafasen bliver de ustandselig spredt af de elektrisk ladede partikler. så plasmaen bliver uigennemsigtig og lysende. De sørger ligesom neutrinoerne for temperaturligevægt. Selv om de i dag har mistet energi på grund af universets udvidelse, er de stadig mere hyppige end nukleoner. I gluonsuppen 13

14 har de ingen betydning. Den såkaldte mikrobølgebaggrund vidner om afslutningen af plasmafasen. Mikrobølgebaggrunden har en bølgelængde svarende til temperaturen 2,73 K. Denne stråling er udsendt ved rekombinationen, hvor protoner modtager en elektron og bliver til Brintatomer. Joniseringsenergien for Brint er 13,6 ev og denne energi svarer til middelenergien i en plasma med temperatur K. Men i plasma med meget lavere temperatur vil der stadig være mange fotoner med den nødvendige energi til at jonisere Brint. Mere detaljerede beregninger viser at temperaturen skal ned på ca K før jonisering ophører. Jævnfør B. Ryden: Introduction to Cosmology. Plasmaen omdannes til en elektrisk neutral gas og udsendelse af fotoner ophører. Efter rekombinationen kunne elektromagnetisk stråling uhindret udbrede sig i universet. Den mikrobølgestråling vi nu observerer er udsendt omkring dette tidspunkt. Undervejs til os har strålingen passeret et område, der i mellemtiden har udvidet sig voldsomt. Derved er bølgelængden forøget og strålingen er nu blevet til mikrobølger. Den traditionelle teori siger at universet har udvidet sig med konstant takt siden Big Bang. Lysudsendendelsen fra plasmaen skal være sket kort efter Big Bang da universet var meget lille. Men ifølge antistofteorien er udvidelsen af universet først begyndt i plasmafasen og efter dannelsen af ildkugler. Universets historie før udvidelsen har formentlig taget enormt lang tid. Figur 4 icrowave_background Det er ikke muligt at få lyssignaler fra tider længere tilbage end mikrobølgestrålingen og det område vi kan få lys fra kaldes det synlige univers. Vi kan ikke med sikkerhed vide om der er dele af universet i større afstande men det skulle være mærkeligt hvis vor mulighed for at udforske skulle bestemme universets grænse. Der er en lille forskel i intensiteten af mikrobølgestrålingen fra forskellige retninger. Se figur 4 der stammer fra Planck-satellitten. De gule og mere intensive områder kan muligvis forklares 14

15 ved at der her ligger store kontinenter som dem vi har omtalt. De gule områder dækker så stor en del af himlen at de må tilhøre de to store kontinenter vi selv er en del af. Jeg har sammenlignet de to kontinenter med to rundstykker, der ligger med den flade side mod hinanden. Vi er selv placeret ret nær midten. Mikrobølgestrålingen kommer fra et område i rundstykket der ligger så langt væk, at området må udgøre en ring omkring os. Og der er en gul ring fra hvert rundstykke. I indre dele af kontinentet er tætheden af stof eller antistof størst og det er sådanne områder der lyser gult. Her vil der være størst lysintensitet. De blå områder må så være ydre dele af de to kontinenter. I de ydre områder af kontinentet er ildkuglerne mere spredt og i disse områder er der flere annihilationer og derfor en lavere tæthed af nukleoner og dermed et lavere tryk af nukleoner. Følgen af det lavere tryk i yderområderne er en udvidelse. Protogalakserne og deres omgivende intergalaktiske stof udvider sig og udvidelsen vil gælde hele kontinentparret. Universets udvidelse Vi betragter nu galaksernes univers og opfatter det for nemheds skyld som en kugle hvor vi befinder os i centrum. De fjerneste galakser har en rødforskydning på ca.3,1 svarende til at lyset blev udsendt fra galakser, hvis hastighed var v = 0,89*c = 2,67*10⁸, hvor c = 3*10⁸ er lysets hastighed. Ud fra Hubbles lov v=h*r kan vi beregne afstanden til disse galakser r = v/h = 0,89*3*10⁸/ (67km/s/mpc) = 3,99*10⁹pc = 1,23*10²⁶m = 13mia ly Men i mellemtiden, 13mia år har disse fjerne galakser bevæget sig r = v*t = 2,67*10⁸ * 13mia år = 1,1*10²⁶ m = 11,6 mia ly Nu befinder de sig i afstanden r = 2,33*10²⁶ m = 24,6 mia ly hvilket altså er galakseuniversets nuværende radius. Vi kan tilnærmet beregne den samlede kinetiske energi E, som galakserne har, i kraft af universets udvidelse. Jeg antager at massetætheden m nu er konstant i hele galakseuniverset. M er universets samlede masse. Jeg betragter den del af universet der har en radius på 0,85*r og dermed hastighed 0,85*0,89*c og tillægger hele universet den hastighed. Ifølge den relativistiske formel for kinetisk energi E har vi E = M*(1/ (1-v²/c²) -1)*c² = M*c²*(1/ (1-(0,85*0,89)²)-1) =1,8*M*c² Vi ser her at den kinetiske energi i universet er næsten dobbelt så stor som masseenergien. 15

16 Den enorme kinetiske energi forklares i Big Bang teorien ved en såkaldt inflationsperiode hvor alt stof accelerede og opnåede sin endelige hastighed. Inflationen var slut efter10 ³⁴ sek hvor universet havde en radius på 0,9 m. Ifølge antistofteorien er universets udvidelse begyndt i plasmafasen. Her skete der annihilation af partikler og antipartikler hvorved enorme energimængder blev frigivet til plasmaen. Den høje temperatur og det høje tryk i begyndelsen af plasmafasen har fremkaldt udvidelsen. Vi kan også prøve at vurdere den rotationsenergi der er i galakserne. Rotationen af galakserne er uden tvivl opstået ved udvidelsen af ildkuglerne i begyndelsen af plasmafasen. Til beregningen kan vi bruge formlen for cirkelbevægelse v²=g*m/r, hvor G er gravitationskonstanten, m er den tiltrækkende masse fra galaksen og v er hastigheden i afstanden r. Mælkevejens masse er 2*10⁴². Mælkevejens radius er 5*10²⁰, men jeg vil vælge 5*10¹⁹ fordi størstedelen af rotationsenergien findes tæt på kernen. Antal galakser a=1,5*10¹¹. E= a*½*m*v² = a*½*m*g*m/r = ½*M*G*m/r = ½* M*6,67*10 ¹¹*2*10⁴²/5*10¹⁹ = M*1,3*10¹² Ved sammenligning med den tidligere beregnede translationsenergi, ses at rotationsenergien har en meget lille andel af den samlede kinetiske energi. Den stråling der udsendtes ved rekombinationen havde en temperatur 3000 K og vi modtager stråling med temperatur 2,73 K. Den typiske bølgelængde af en temperaturstråling er omvendt proportional med temperaturen. Det vil sige at bølgelængden er forøget med en faktor f = 3000/2,73 = Årsagen er at det mellemliggende rum har har udvidet sig med faktor f. Galakseuniverset har siden rekombinationen udvidet sig med faktor Vi kan deraf beregne universets radius ved rekombinationen r = 2,33*10²⁶ m / 1100 = 2,1* 10²³ m Vi ved nu hvor meget de yderste galakser har bevæget sig siden rekombinationen og med hvilken hastighed. Deraf beregnes tiden siden rekombinationen t = r/v = (2,33*10²⁶ -2,1*10²³)/2,67*10⁸ = 8,7*10¹⁷ s /( 3,15* 10⁷ s/år) = 28 mia år Mikrobølgebaggrunden er udsendt på omtrent samme tidspunkt fra hele universet nemlig for 28 mia år siden da temperaturen var 3000 K. Da denne stråling har bevæget sig med lyshastighed er den udsendt fra et sted med afstanden 28 mia ly fra os. Det er længere væk end de 13 mia ly, som er den afstand de fjerneste galakser befandt sig i da de udsendte lys til os. Man kan overveje om udvidelsen af galakseverdenen vil bremse op på grund af at den samlede masse tiltrækker de ydre dele. Der er få tegn på en sådan 16

17 opbremsning. Undersøgelser af fjerne supernovaer synes at vise at dengang de udsendte lys bevægede de sig langsommere væk end Hubbles lov angiver. Dette fortolkes i Big Bang teorien som at udvidelsen af universet siden dengang er accelereret. ( Dette forudsætter fejlagtigt at de nærmere dele af galakseverdenen også bevægede sig langsomt dengang. I antistofteorien er fortolkningen tværtimod at udvidelsen af universet bremses. De fjerne supernovaer befandt sig også dengang i udkanten af galakseverdenen og havde allerede da en mindre hastighed end Hubbles lov angiver. Opbremsningen i de ydre områder af galakseverdenen må skyldes gravitationstiltrækningen fra den samlede masse af galakseverdenen. Vi kan betragte en masse m ved udkanten af galakseverdenen med massen M. Ved udvidelsen fra r=1,23*10²⁶ til den dobbelte radius udfører gravitationskraften fra M et negativt arbejde der medfører en formindskelse af den kinetiske energi. Vi beregner den forholdsmæssige formindskelse G*M*m*(1/(1,23*10²⁶ *2) 1/1,23*10²⁶) /(m*c²*(( 1/ (1-0,89²) -1) -1))) = 0,30? idet G=6,67*10 ¹¹, M=1,2*10⁵³ og, c=3*10⁸. Resultatet 0,30 forekommer alt for stort. Da det blandt andet skyldes den værdi jeg har skønnet for universets masse vil jeg tillade mig at halvere tallet til 0,15. Udvidelsesenergien af universet og dermed udvidelseshastigheden bliver altså mindre i løbet af udvidelsen. Dette gælder for alle dele af galakseverdenen. Hubblekonstanten bliver også mindre med tiden. De tider der beregnes under forudsætning af en konstant udvidelseshastighed må derfor tages med forbehold. Udvidelsesfaktoren 1100 siden rekombinationen svarer til 10 fordoblinger. Det betyder at den kinetiske energi er formindsket med faktoren 0,85¹⁰ = 0,20 Galakserne og det intergalaktiske rum Den samlede masse af stof og antistof i galakseuniverset er 1,2*10⁵³ kg, og den nuværende radius er 2,33*10²⁶. Heraf kan vi beregne massetætheden i galakseuniverset nu m = 1,2*10⁵³ /(4*π/3*(2,33*10²⁶)³) = 2,26 * 10 ²⁷ kg/m³ Halvdelen af massen er det intergalaktiske antistof der nu breder sig over næsten hele universet. Derfor er tætheden af det intergalaktiske antistof kun det halve. For at forstå hvad antistoffet består af skal vi bruge at bindingsenergien for brintmoletylet og antibrintmolekylet er 4,5 ev svarende til middelenergien i gas med temperatur K. Gassen havde efter rekombinationen en temperatur 3000 K og derfor må næsten al brint og antibrint forekomme som molekyler. Tilsvarende gælder for de 24% Helium. Dividerer vi massetætheden med antibrintmolekylemassen får vi antimolekyletætheden i det intergalaktiske rum 2,26 * 10 ²⁷ /2/(3,4*10 ²⁷) = 0,34 antimolekyler/m³ 17

18 Vi kan også beregne temperaturen af den intergalaktiske antigas. Al gassen i universet havde lige efter rekombinationen en temperatur 3000 K. Størstedelen af antigassen var antibrintmolekyler. Udvidelsen med faktoren 1100 kan betragtes som en adiabatisk udvidelse af en ideal gas hvor der for en toatomig gas gælder T*V²/⁵= konstant. (γ-1=7/5-1= 2/5) T = 3000/(2*(1100)³)²/⁵= 0,51 K Der er tilføjet en faktor 2 til rumfanget fordi antigassen breder sig over næsten dobbelt så meget plads. Det intergalaktiske antistof kan have en gravitationsvirkning. Antigassen vil blive tiltrukket af galaksen og samle sig nær ved galaksens plan. Koncentrationen af antistof vil her være større end den beregnede middelkoncentration. Betragter vi den kugle der omslutter galaksen vil den formentlig indeholde mere antistof end stof. Gravitationsvirkningen af dette antistof bliver størst i spiralarmene. Tiltrækningen fra antistoffet såvel som fra stoffet virker som om alt stof og antistof var samlet i galaksens centrum. I spiralarmene er tiltrækningen derfor meget større end galaksens masse kan forklare. Det viser sig ved at spiralarmene roterer usædvanligt hurtigt. Dette har astronomer søgt at forklare ved noget mystisk mørkt stof, men det kan let forklares ved antistof. Der er ingen fare for at det intergalaktiske antistof skal annihilere med stof i galaksernes gas. Begge gasser består jo af neutrale molekyler. Man kan undre sig over at de to gasser ikke blander sig. Hertil vil jeg sige. For det første er temperaturen som nævnt så lav 0,51 K, at der vil være meget lidt bevægelse i gasserne. For det andet vil de to gasmasser tiltrække deres egne molekyler lige så meget som de tiltrækker de andre. For det tredje ved vi ikke hvordan brintmolekyler og antibrintmolekyler påvirker hinanden ved nærkontakt. Mig bekendt er der ikke udført laboratorieforsøg af den art. Hvad end forklaringen er, ser det ud til at de to slags molekyler er mere tiltrukket af deres egne end af de fremmede. Det ligner en blanding af olie og vand, hvor olien lægger sig ovenpå vandet. 18

19 Figur 5 Figuren viser ca 400 galaksehobe ud til en afstand på 300 mio lysår fra vores mælkevej. Mælkevejen er markeret på russisk. Vi ser en slags skum af bobler. Inde i boblerne er der tilsyneladende et tomrum (void) og galakserne sidder i væggene (filaments) mellem boblerne og især i hjørner hvor flere end to bobler mødes. Disse hjørner kaldes også galaksehobe (clusters). De enkelte hobes hastighed er beregnet og vist idet der fraregnes den hastighed der skyldes universets udvidelse. Det fremgår af figuren at det intergalaktiske rum fylder mere end galaksernes rum. Det skyldes at udvidelsen efter stjernedannelsen hovedsageligt er sket i det intergalaktiske rum. Men desuden har det intergalaktiske antistof samlet sig i større bobler. En mindre udgave af boblerne er formentlig skabt i begyndelsen af plasmafasen som jeg vil vende tilbage til. Det originale billede viser med små streger galaksernes bevægelse selv om det er vanskeligt at se her på figuren. Det fremgår heraf at galakserne bevæger sig hen mod de store hobe. Desuden kan man se at galakserne bevæger sig ud 19

20 mod væggene i boblerne. Dette forklares i Big Bang teorien ved tilstedeværelsen af en mystisk mørk frastødende energi i det indre af boblen. I antistofteorien kan det forklares ved den gravitationelle tiltrækning mellem galakserne. Der kan dog også være rester af bevægelserne fra begyndelsen af plasmafasen. Tiltrækningen mellem to nærliggende galakser medfører en bevægelse. Det er dog ikke sikkert, at galakserne nærmer sig hinanden for universets udvidelse gør jo at de fjerner sig fra hinanden. Tiltrækningen får blot galakserne til at fjerne sig mindre end de ville gøre alene på grund af universets udvidelse. I boblernes vægge, hvor tætheden af galakser er mindre end i hobene, vil udvidelsen være den stærkeste. Tiltrækningen får også en effekt på den intergalaktiske antigas der befinder sig mellem de to galakser. Denne gas vil blive presset væk og bidrage til væksten af boblerne. Vi kan danne os et billede af fremtiden i galakseverdenen ved at se på figur 5. Det intergalaktiske antistof vil danne stadig større bobler. Galakserne vil samle sig i galaksehobe og smelte sammen. Neutroniumkernerne/de sorte huller vil også smelte sammen. På et tidspunkt vil udvidelsen høre op og sammentrækningen vil forstærke sammensmeltningen af galakserne. Tilbage er kun sorte huller og intergalaktisk gas. Udvidelsen i plasmafasen I begyndelsen af plasmafasen bliver der dannet nogle ildkugler med temperaturer ca 8,4*10¹³ K. Dermed er trykket af nukleoner uhyre højt. Gluonsuppen absorberer energirige neutrinoer og fotoner hvorved dens temperatur stiger og der fordamper frie nukleoner fra suppen. Når ca 2/3 af nukleonerne annihilerer udvikles varmeenergi og der dannes nye energirige neutrinoer og fotoner. Fra ildkuglerne breder fordampningen af gluonsuppen sig. Først møder fordampningsprocessen antikvarksuppe B. Her er gravitationen mindre end i ildkuglen A og der går energi til dannelsen af antineutroner. Derfor bliver temperaturen i B lidt mindre end i A. Fordampningsprocessen møder også mindre kvarkboller A, der endnu ikke er blevet til ildkugler. Fordampningen af kvarkbollen antænder ildkuglen. Herved sker der ikke noget væsentligt fald i plasmatemperaturen. Det sker først når fordampningsprocessen når ud til de ydre områder af kontinentet. Her er kvarktætheden mindre. Der er færre og mindre neutroniumkerner. Kvarkbollerne og den omgivende antikvarksuppe er tyndet ud og spredt ud. Fordampningsprocessen kan ikke antænde en ildkugle og der tabes energi til dannelse neutroner og antineutroner. Endelig når fordampningsprocessen helt ud til den rene gluonsuppe. Suppen vil absorbere alle neutrinoer og fotoner der ankommer, men de har nu lavere temperatur. Endvidere vil den energi suppen modtager blive fordelt i suppen, så der ikke sker nogen fordampning fra overfladen. Mens fordampningsprocessen breder sig opstår der trykforskelle i universet. Vi regner for nemheds skyld universet som en kugle. I gluonsuppen aftog overtal 20

21 af kvarker med radius og det medfører nu i plasmafasen at nukleontæthed aftager med radius. Gennemgangen af fordampningsprocessen viser at også temperaturen aftager med radius. Derfor aftager trykket med radius og der kommer en acceleration. Det bliver nok en trykbølge der udvikler sig til en homogen udvidelse hvor acceleration og hastighed er proportional med radius. For at vurdere udvidelsen i plasmafasen vil jeg først regne på udvidelsen efter neutrinofrigørelsen ved 9*10⁹ K. Da er annihilationerne ophørt og vi kan betragte udvidelsen som en adiabatisk proces med en ideal etatomig gas. Der er ingen acceleration. Da vi kan se bort fra neutrinoerne er der hovedsageligt protoner, neutroner, elektroner og fotoner. Der gælder da T*V²/³ = konstant. (γ- 1=5/3-1= 2/3). Vi får da udvidelsesfaktoren V/V⁰ = f³ 9*10⁹/3000 = ( f³ ) ²/³ f= 1730 Den del af universet der senere bliver til galakseverdenen har da ved neutrinofrigørelsen radius r = 2,1* 10²³/1730 = 1,5*10²⁰ Den kinetiske energi for en masseenhed i yderkanten af galakseverdenen ved neutrinofrigørelsen bestemmes af antal fordoblinger for faktoren 1100*1740 = 1,91*10⁶ = 2²¹. c²*(1/ (1-0,89²)-1) =0,85²¹*c²*(1/ (1-(v/c)²)-1) v/c = 1-3,6*10 ⁴ Tiden for udvidelsen efter neutrinofrgørelsen med konstant hastighed er t = r/v =(2,3*10²³- 1,5*10²⁰)/2,67*10⁸ = 8,6*10¹⁴s /( 3,15* 10⁷ s/år) =27 mio yr Denne beregning af tiden er en øvre grænse, da hastigheden har været noget større. Vi skal nu se på udvidelsen i neutrinoperioden, den første del af plasmafasen før neutrinofrigørelsen. Trykket P kan beregnes idet plasmaen regnes for en ideal gas af nukleoner. P = m/n*k*t = m/ 1,7*10 ²⁷*1,38*10 ²³*8,4*10¹³ = m*6,8*10¹⁷ m er massetætheden, n er nukleonmassen, k er Boltzmans konstant og T er en slags middeltemperatur for den kaotiske plasma med ildkugler. Jeg antager nu at massetætheden i universet til enhver tid er en lineært faldende funktion af radius og at den i den yderste del af galakseverdenen (radius r) er faldet til 80% af massetætheden i midten m⁰. Vi anvender nu Newtons 2. lov på et enhedsareal af en kugleskal med radius r og tykkelse dr. 21 dp = m*dr*a

22 dm*6,8*10¹⁷= 80%m⁰*dr a= 6,8*10¹⁷ * dm/dr /80%m⁰ = 6,8*10¹⁷ * 20%m⁰/r/80%m⁰ a = 1,7*10¹⁷/r Det er bemærkelsesværdigt at m⁰ udgår af beregningen. Ved udvidelsen udfører trykket et arbejde W, som bliver til kinetisk energi for kugleskallen. r(2) W = 1,7*10¹⁷/r *dr = 1,7*10¹⁷* ln(r(2)/r(1)) r(1) r(2) kan sættes til radius ved neutrinofrigørelsen 1,5*10²⁰. R(1) er radius af plasmaen når gluonsuppen er fordampet. Her er brug for en overvejelse. Jeg har nævnt at ifølge Einstein er der en sammenhæng mellem forøgelsen af massen og formindskelsen af dimensionen M/M⁰ = D⁰/D Når en neutron i gluonsuppen med massen 12 MeV bliver til en fri neutron med massen 940 MeV, har den forøget massen med forholdet 940/12 = 78. Det er imidlertid gluoner fra suppen, der bliver absorberet i neutronen og dem der ændrer masse i forholdet 78. Derfor må disse gluoner ændre dimension i forhold 1/78. Hele den gluonsuppe, der bliver til galakseverdenen, består af gluoner, som forsvinder og bliver absorberet i nukleoner. Derved formindskes dimensionen af de absorberede gluoner med forholdet 1/78. Resten af galakseverdenen bliver tilsyneladende tom for gluoner. Nukleonens og antinukleonens masse er 1,7*10 ²⁷ kg og galakseverdenens nukleoners masse er 1,2 * 10⁵³ kg. Så kan vi beregne antallet af nukleoner og antinukleoner. Men omkring to trediedele af de oprindelige nukleoner og antinukleoner blev i plasmafasen omdannet til den energi der fik universet til at udvide sig. Antallet af nukleoner skal altså multipliceres med 3 og vi havde da oprindeligt i plasmafasen 3 * 1,2 * 10⁵³ / 1,7* 10 ²⁷ = 2,12 * 10⁸⁰ nukleoner Radius af nukleonen kan sættes til 1,75 10 ¹⁵, hvilket er radius af de tilhørende gluoner efter absorbtion. Radius af disse gluoner før deres absorbtion er 78* 1,75 10 ¹⁵. Vi beregner nu radius af den gluonsuppe, der blev til galakseverdenen. 78 * 1,75 10 ¹⁵ * ³ (2,12 * 10⁸⁰) = 8,1*10¹³ m Til sammenligning er radius i Neptuns bane om Solen 4,5*10¹² m. Vi har da W = 1,7*10¹⁷* ln( 1,5*10²⁰ / 8,1*10¹³ ) = 2,45*10¹⁸ Den kinetiske energi for en masseenhed er 22

23 E = c² * (1/ (1-v²/c²) -1) E/c² +1 = 2,45*10¹⁸/9*10¹⁶ +1 = 28 =1/ (1-v²/c²) v/c = 1-6,2*10 ⁴ Denne hastighed skal sammenlignes med den tidligere beregnede hastighed ved neutrinofrigørelsen v/c = 1 3,6*10 ⁴. Ved beregningen antager jeg åbenlyst fejlagtigt, at temperaturen er konstant 8,4*10¹³ i hele neutrinoperioden. Temperaturen i ildkuglerne er formentlig højere og sluttemperaturen ved neutrinofrigørelsen er formentlig 9*10⁹ overalt. Udvidelsesfaktoren i neutrinoperioden f = 1,5*10²⁰/ 8,1*10¹³ = 1,85*10⁶. Den samlede udvidelsesfaktor er da f = 1,85*10⁶ * 1730 * 1100 = 3,5*10¹² Tiden for neutrinoperioden kan anslås ved hjælp af lyshastigheden t = r/c = 1,5*10²⁰/3*10⁸ = 5*10¹¹ /( 3,15* 10⁷ s/år) =15900 år Denne første udvidelse er meget dramatisk. Udvidelsen begynder allerede før hele gluonsuppen er fordampet. Nogle store ildkugler opstår før andre der er mindre. De første store har en større nukleonmasse og temperatur og vil udvide sig mere end naboerne og skubbe dem væk. Hvis to store skubber hinanden væk har vi en udvidelse der er begyndelsen til de bobler vi så på figur 5. Ildkuglernes har samme masse af nukleoner som den mellemliggende plasma af antinukleoner. Da de har samme tryk og temperatur må de også have samme rumfang. Deraf følger at afstanden mellem ildkuglerne er af samme størrelsesorden som ildkuglernes diameter. De tætliggende ildkugler vil trykke på hinanden og gnide på hinanden i den første dramatiske periode. Derved vil der opstå rotation både af ildkuglerne og den mellemliggende antiplasma. Det er årsagen til galaksernes rotation. Man kan undre sig over at plasma i ildkuglen ikke blander sig med antiplasma udenfor ildkuglen. Protoner og antiprotoner vil derved annihilere og energiudviklingen herfra vil få trykket i grænselaget til at stige. Dette sker sikkert også i et vist omfang. Denne blanding bliver imidlertid forhindret af en anden type kræfter der optræder i plasmafasen. I plasmafasen er stoffet elektrisk ledende og ved bevægelse vil elektromagnetiske kræfter også spille en rolle. De elektromagnetiske kræfter er langt større end gravitationskræfterne, men de virker i kortere afstande fordi elektronerne ikke kan fjerne sig langt fra protonerne. Den elektriske strøm på jorden sker ved at elektroner bevæger sig i forhold til et gitter af atomkerner. I den kosmiske plasma er det omvendt protonerne der bevæger sig i forhold til en sky af elektroner. Den elektriske strøm af protoner kan sættes i gang af gravitation eller tryk. I solens indre ved vi at magnetfelter styrer plasmaets 23

24 bevægelser. Hannes Alfven fik nobelprisen i 1970 for sit arbejde med magnetohydrodynamik. Jævnfør H. Alfven: Cosmic Plasma Alfven havde også en kosmologisk teori der indbefatter antistof. Hans teori indebar elektromagnetisk frastødning mellem stof og antistof. Han lod universet opstå af en kæmpegalakse af stof omgivet af antistof. Hans model holdt dog ikke for den forklarede ikke universets udvidelse og kæmpegalaksen ville falde fuldstændig sammen på grund af gravitationen. Der er i dag ingen større interesse for magnetohydrodynamik i kosmologien. Blandt andet fordi Alfvens kosmologi blev forkastet. Men det er sandsynligvis nødvendigt at tage hensyn til de magnetiske kræfter i plasmafasen for at forklare galaksernes form og størrelse. Vi betragter nu en roterende ildkugle. Den nærliggende antiplasma tæt ved overfladen af ildkuglen vil bevæge sig i samme retning som plasmaen i ildkuglen. Begge bevægelser skyldes tryk fra andre ildkugler. Det er protonerne i plasmaen,der bevæger sig i samme retning som antiprotonerne i antiplasmaen. Elektroner og positroner danner stillestående sky.er De to elektriske strømme vil have modsat retning og de frastøder hinanden ifølge Amperes lov. Dette kan forklare at stof og antistof ikke blandes væsentligt i plasmafasen. Galaksekernerne Der er i dag en forestilling om at galaksekerner er sorte huller. Der er dog usikkerhed om kernernes egenskaber. Et matematisk punkt hvor massefylden er uendelig stor strider imod al erfaring. Ifølge antistofteorien er galaksekernerne allerede dannet i gluonsuppen i form af neutroniumkerner. Galaksekernerne er i virkeligheden rester af den ursuppe, som er oprindelsen til universet. Galaksekernen er forudsætningen for at en galakse kan dannes. Ifølge antistofteorien dannes der omkring neutroniumkernerne ildkugler af plasma og de bliver senere til galakser. Kernerne og dermed galakserne er mere tyndt fordelt ud mod universets yderområder. Massen af mælkevejens kerne kan sættes til 10³⁷. Schwarzschild radius er radius af et massivt legeme der ikke tillader lys at slippe væk. Schwarzschild radius = 2*M*G/ c² = 2* 10³⁷* 6,67*10 ¹¹/(3*10⁸)² = 1,48*10⁶ Vi kan beregne kernens radius hvis vi antager at den består af tætpakkede neutroner ved hjælp af neutronens radius 1,75*10 ¹⁵ og masse 1,7*10 ²⁷ Kernens radius = ³ (10³⁷/1,7*10 ²⁷)*1,75*10 ¹⁵ = 3,01*10⁶ Lys kan derfor godt forlade kernen, så betegnelsen sort hul er næppe rimelig og vi kan ligeså godt bruge betegnelsen neutronstjerne eller neutroniumkerne. 24

25 HvIs galaksekernen er 8 gange så massiv vil Schwarzschild radius blive ganget med 8 men kernens radius med 2. Så kan man tale om et sort hul. Vi ved ikke hvad der foregår inde i en neutronstjerne. Det er foreslået at neutronerne i det indre af en neutronstjerne er degenereret til kvarker og optræder som en gluonsuppe. De oprindelige neutroniumkerner bestod af gluonsuppe med et indhold af neutroner, men disse neutroner havde meget mindre masse end frie neutroner. Gluoner der ikke er bundet i partikler har ingen masse. Derfor har neutroniumkernerne ofte mindre masse end en ren neutronstjerne med samme radius. I løbet af universets udvikling neutroniumkernerne blevet mere massive ved at apsorbere neutroner og andre partikler med energi og masse. Derved forøges energien af neutronerne i kernen. Dette vil ifølge Einstein føre til at neutronerne skrumper ind. Dermed kan kernen skrumpe. Et problem har været at forklare hvad der forhindrer en neutronstjerne i at falde sammen til et punkt. Både kvarker og neutroner har spin ½ og kaldes Fermipartikler. To Fermipartikler kan ikke være i samme tilstand og modsætter sig derfor at blive presset helt sammen. Det er muligt at neutronerne i kernen opnår en større energi end frie neutroner. De vil dog ikke kunne forlade neutroniumkernen hvis dens masse er stor nok. Disse massive neutroner er bundet til kernen. De er skrumpet ifølge Einstein og dermed er neutroniumkernen også skrumpet ind. Sådan fungerer et sort hul. Vi har omtalt at kvarkboller i gluonsuppen ofte vil smelte sammen. Derved kan der være flere neutroniumkerner i en kvarkbolle. Disse kerner bliver mere massive og begynder at tiltrække hinanden. De roterer om hinanden og det fortsætter i plasmafasen og i gasfasen. Efterhånden mister de hastighed og kommer nærmere hinanden. Til sidst smelter de sammen hvorved en stor mængde neutroner får tilført energi og krymper. Det er gluoner der får kinetisk og trækker sig sammen i neutronerne. Længst væk i det synlige univers ser man kvasarer der er ekstremt massive galaksekerner. De udsender enorme mængder elektromagnetisk stråling, men udstrålingen sker kun ved polerne. Det vil jeg prøve at forklare. Neutroniumkernerne blev dannet i gluonsuppen og vi har omtalt at flere kerner kunne indgå i en kvarkbolle og senere ildkugle og galakse. I plasmafasen, hvor gravitationen spiller en rolle kan to neutroniumkerner komme til at dreje sig om hinanden i ellipsebaner. Den ene kan være en mindre antineutroniumkerne. Når antineutroniumkernen og neutroniumkernen er nærmest ved hinanden, kan de tiltrække stof fra hinanden. Derved sker der annihilation og der udvikles stor energi i form af elektromagnetisk stråling. Det er karakteristisk at kvasarer pulserer. Det kan muligvis forklares ved omløbstiden i ellipsebanen. Kvasarer udsender så meget energi, at de kun kan eksistere i plasmafasen og i en kort periode efter regenerationen. Det skyldes formentlig at antineutroniumkernen efterhånden mister masse og gradvis kommer nærmere neutroniumkernen. Til sidst er den væk. De lyssignaler vi får fra den periode kommer fra perifere områder af kontinentet. Kvasarer er ikke omgivet af 25

26 stjerner men kun af gasskyer. Skyerne kan kun ses fordi de reflekterer eller absorberer stråling der kommer fra kvasarer. Det perifere område hvor kvasarerne befinder sig kaldes det mørke rum hvor der ikke er stjerner. Jeg vil forklare det mørke rum i kapitlet om elliptiske galakser. Vakuumsuppe Her vil jeg vove den påstand at gravitationsfeltet er en rest af ursuppen. Denne suppe findes overalt i universet, hvor vi kalder det vakuum. Den er usynlig og den giver ingen modstand mod partiklers bevægelse, det er en ideal væske. Den indeholder energi og dermed masse. Men energien må opfattes som vibrationer og har ingen retning. Energien og dermed massen er jævnt fordelt i vakuum som et kvantemekanisk felt. Derfor kan der ikke være nogen tiltrækning i nogen retning fra vakuummassen. Kun nær ved partikler med masse samler vakuumsuppen sig, hvilket viser sig ved gravitationsfeltet omkring partiklerne. Jeg håber at min påstand om vakuumsuppen vil blive taget seriøst og efterprøvet. Det er en anden måde at beskrive gravitationen på. Gravitationen er beskrevet af Newton som en naturkraft, af Einstein som en deformation af rummet og af Higgs som et kvantemekanisk felt, der vekselvirker med visse partikler og giver dem en masse. Einstein angav følgende formel for lyshastigheden c' på et sted med gravitationspotentialet ȹ c = c' (1+ ȹ /c²) Lyshastigheden er altså mindre i stærke tyngdefelter. Jeg vil forklare det sådan at vakuumsuppen er forbundet med suppen i nukleonerne og vakuumsuppen er tættere nær nukleonerne. ȹ er vakuumsuppens tæthed. Einstein forklarede også hvordan lyset vil blive afbøjet ved passage af massive legemer, hvor lyshastigheden er mindre. Det som i dag ses ved de optiske linser. Et lignende fænomen har man med lyd, der afbøjes om aftenen hvor temperaturen er lavest og lydhastigheden mindst ved jordens overflade. Lysets hastighed i vakuum er en universel konstant og det er hastigheden i den normale vidtudbredte vakuumsuppe. Men ved neutroniumkerner/sorte huller er lyshastigheden ekstrem lille. Når et par sorte huller roterer om hinanden vil vakuumsuppens tæthed variere periodisk i en bestemt retning nær ved rotationsparret. Der vil opstå en bølge af vakuumsuppe, der kaldes tyngdebølge. Det har været muligt at registrere tyngdebølger ved de små ændringer i lysets hastighed i vakuum (LIGO, The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Parret af sorte huller udsender tyngdebølger og vil derfor miste energi. De vil nærme sig hinanden og til sidst smelte sammen. Når dette sker trækkes vakuumsuppen pludselig ind mod det samlede sorte hul og der udbreder sig en sunami i verdensrummet. Det er lykkedes at registrere en sådan bølge med 26

27 LIGO. I antistofteorien har vi antaget at neutroner sugede gluoner fra ursuppen til sig. Man kan undre sig over at noget af ursuppen ikke blev absorberet. Det skyldes at gluoner er af forskellig art og består af forskellige elementarpartikler. En nærmere beskrivelse af de forskellige typer af elementarpartikler findes i standardmodellen. Peter Higgs forudså i 1964 eksistensen af en partikel, hvis masse, 125 GeV blev fundet i 2012 ved kollisionsforsøg. Denne energi er meget større end den energi, 12 MeV. der er til rådighed i ursuppen Derfor kunne Higgs partiklerne ikke suges helt ind i neutronerne. De kunne lægge sig som et Higgs felt der var stærkest i nukleonen og aftog gradvist udenfor nukleonen. Det skal vi være glade for for det er tyngdefeltet. Higgs partiklen har hverken ladning, spin og den kan betragtes som en gluon. Ifølge standardmodellen består den ikke af to antipartikler, men den kan dog henfalde til partkler og antipartikler. Hvorfor kan partikler ikke få større hastighed end lysets? Higgs-feltet har en udbredelseshastighed som er lystes hastighed. Når nukleonerne forøger deres energi trækker de en del af feltenergien ind og energien bliver det til rotation og vibration i nukleonen. Her skal man huske at feltet ikke bevæger sig men gennemtrænger nukleonen. Udenfor nukleonen forstærkes feltet enormt på grund af nukleonens forøgede masse og der opsuges uanede mængder af feltenergi. Dertil går det meste af energien. Translationsenergien kan godt forøges og hastigheden nærme sig lysets hastighed, men nukleonens masseforøgelse er åbenbart afgørende. Spiralgalakserne Materialet til galakserne er allerede skabt i gluonsuppen. Da suppen fordamper og bliver til plasma er stoffet i ildkuglerne og antistoffet imellem dem adskilt og masserne i de to områder bliver senere kun i ringe grad blandet. Ildkuglerne bliver senere til galakser og er altså protogalakser. Temperaturen er enormt høj og nær den samme i ildkuglen A og omegnen B. Derfor er massetætheden og trykket næsten de samme i A og B. Kun nær centrom af A formår gravitationsfeltet fra neutroniumkernen at opretholde en lidt større massetæthed. Den eksplosive udvidelse af ildkuglerne sætter naboildkugler i rotation og translation, men det ændrer ikke på massen, massetætheden eller størrelsen af protogalakserne/ildkuglerne. Jeg vil foreslå kosmologerne at foretage computersimuleringer på de processer der foregår i den første plasmatilstand. Indtil videre vil jeg blot skitsere udviklingen. Der er 1,5 10¹¹ galakser. En middelgalakse havde før udvidelsen et råderum med radius. Efter udvidelsen er råderummet 8,1*10¹³/ ³ (1,5 * 10¹¹) = 1,5*10¹⁰ 27

28 1,5*10¹⁰ * 3,5*10¹² = 5,3 * 10²² Det er interessant at sammenligne med afstanden fra Mælkevejen til vor nære nabo Andromeda-galaksen: 2,4*10²². Størrelsesordenen er den samme. Forskellen skal muligvis forklares ved at de to galakser faktisk bevæger sig mod hinanden. Ildkuglen er den indre del af råderummet. Råderummet udenfor ildkuglen består af antistof med samme masse som ildkuglens Under forudsætning af at massetætheden er den samme i ildkuglen som i dens omgivelser, kan man beregne at selve ildkuglens radius vil være ³ 0,5 = 0,79 af råderummet, altså r =0,79*1,5*10¹⁰= 1,2*10¹⁰ I løbet af udvidelsen vil denne radius vokse til r = 1,2*10¹⁰ * 3,5*10¹² = 4,2*10²² Det er interessant at sammenligne med mælkevejens radius 8,5*10²¹. Vi ser at mælkevejens radius kun er ca 50% af det forventede. Det kan være antagelsen om at massetætheden er den samme i og udenfor ildkuglen der er gal. Det er muligt, at gravitationen fra neutroniumkernen og fra ildkuglen selv vil forårsage at massetætheden aftager med afstanden fra kernen. Jeg tror dog ikke at dette får den store betydning i betragtning af de høje temperaturer. Andre fænomener er mere afgørende for skrumpningen. Når ildkuglerne skubber til hinanden sætter de ikke kun en regelmæssig rotation i gang. Der opstår store strømninger i ildkuglen. Derved blandes forskellige dele af ildkuglen i et vist omfang. Udvidelsen skyldes at alle dele af kuglen har fået en bevægelsesmængde i retning væk fra centrum. Bliver dele med forskellige retninger af bevægelsesmængde blandet, vil blandingen have mindre bevægelsesmængde. Dette kan muligvis forklare skrumpningen af radius til 50%, eller sagt på en anden måde: Udvidelsen af galakserne er forholdsmæssigt kun 50% af den generelle udvidelse af universet. Et andet vigtigt fænomen er elektromagnetismen, der spiller en vigtig rolle i plasmatilstanden. Jeg har allerede omtalt hvordan de magnetiske kræfter kan holde stof og antistof adskilt i plasmafasen.. Figur 6 28

29 Figuren viser et snit gennem en ildkugle/protogalakse. Den vandrette linie er ildkuglens symmetriplan. Der ses kun et stykke af ildkuglen nær ved randen Det fremgår af konturen, at ildkuglen er en temmelig fladtrykt ellipsoide. På grund af udvidelsen af ildkuglen har de to sider af symmetriplanet medbragt hver sin bevægelsesmængde rettet væk fra symmetriplanet. Disse bevægelsesmængder er bevaret og vil med tiden medføre at galaksen udvider sig og bliver tykkere. Bevægelsesmængden findes hos protonerne og de vil forsøge at bevæge sig væk fra symmetriplanet, hvor gravitationspåvirkningen er lille. Denne situation er ustabil og den vil medføre at mindre dele af protonerne vil strømme til den ene side og andre til den anden. Der vil opstå magnetiske strømrør. Formentlig noget lignende de magnetiske strømme man kender fra solens indre. Figuren illustrerer nogle af de magnetiske strømrør der kan tænkes at opstå. Der er vist 2 strømrør. I denne forbindelse skal det nævnes at ifølge Amperes lov vil ensrettede strømme tiltrække hinanden og modsat rettede strømme frastøde hinanden. De magnetiske strømme vil nå overfladen af ildkuglen og dreje om i en retning parallel med overfladen og derefter dreje mod symmetriplanet. Da strømrørene fortsætter igennem symmetriplanet vil strømningen blande de to stofmænger med modsat rettede bevægelsesmængder. Efter denne blanding i plasmafasen vil protogalaksens tykkelse næsten ikke deltage i den universelle udvidelse. Det forklarer at spiralgalakserne er flade. Mælkevejens tykkelse er kun ca 1/100 af diameteren. På grund af rotationen og den store stoftæthed i spiralgalakserne begynder gassen at samle sig og danne stjerner. Det sker muligvis allerede i plasmafasen og fortsætter den dag i dag. Kun de udvalgte partikler hvis hastighed er vinkelret på radius, parallel med galaksens symmetriplan og med en størrelse bestemt af v²=g*m/r vil fortsætte uforstyrret i en cirkelbane. Alle andre partikler vil før eller senere støde ind i en af de udvalgte og blive hængende der. Kun de største af de udvalgte vil kunne holde kursen efter sammenstødet og det er dem der bliver til stjerner. En lignende proces foregår ved dannelsen af planeterne i solsystemet. Stjernernes udvikling er i øvrigt beskrevet grundigt af mange og det vil jeg ikke komme ind på her. Elliptiske galakser En anden type galakser er de såkaldte elliptiske galakser, der har form som ellipsoider. De har en større masse og roterer langsommere og de er ikke ret meget fladtrykte. Desuden indeholder de røde stjerner, der tolkes som gamle og udbrændte. De producerer ikke nye stjerner. Deres egenskaber forklares i Big Bang teorien ved at de er resultat af sammenstød mellem spiralgalakser, hvorved den flade struktur er blevet ødelagt. Hubblesite har lige (juni 2017) offentliggjort fundet af en yderst fjern elliptisk rød galakse, MACS Den kan beskrives godt takket være en såkaldt optisk linse. At denne galakse skulle 29

30 være gammel kan ikke forstås ud fra den traditionelle kosmologi, men ifølge antistofteorien kan de røde elliptiske galakser være dannet allerede i plasmafasen. Ellipsegalaksernes store masse og lille rotation skal nok forklares ved at de er opstået ved isolerede neutroniumkerner i gluonsuppen. Hubble observationer har vist at de fjerne spiralgalakser ofte optræder i reder med 4-5 stykker, hvorimod ellipsegalakser er mere isolerede. Ellipsegalakserne har ikke fået en påvirkning fra nærliggende protogalakser og roterer derfor ikke meget. Ellipsegalakserne har fået en stor kerne og en stor ildkugle fordi de har haft et stort råderum. Ellipsegalaksens plasma bliver tiltrukket af kernen og på grund af mindre rotation vil dele af plasmaen komme ind i baner tæt på kernen. Massetætheden og rotationshastigheden bliver så stor tæt på kernen at der kan dannes stjerner. Man har observeret at stjerner i ellipsegalakser bevæger sig radialt væk fra kernen og det vil de gøre på grund af udvidelsen. Jeg forestiller mig at disse stjerner bevæger sig i langstrakte ellipsebaner noget lignende kometer i solsystemet. Hos spiralgalakserne sker der også stjernedannelse i mindre grad tæt på galaksekernen allerede i plasmafasen. Her roterer plasmaen mere og kommer ikke så tæt på kernen. De fjerne Hubble observationer viste også nogle elliptiske galakser, der stadig var aktive. De var massive, men små og kraftigt hvidt lysende. Jeg tænker at de har stjerneagtig aktivitet tæt på kernen og er omgivet af en stor kappe af usynlig gas. De fjerneste galakser udsendte lys fra et sted ca 13 mia ly væk. Længere væk i afstanden ca 28 mia ly fandtes mikrobølgebaggrunden. Der imellem findes et mørkt rum. Det bliver forklaret i Big Bang teorien ved at så tidligt er stjernedannelsen ikke begyndt. Stjerner blev først dannet et stykke tid ( ca 2 mia år) efter plasmafasens slutning. I antistofteorien er fortolkningen en helt anden. Massetætheden ved de yderste galakser er mindre end ved de centrale, Jeg har anslået ca 80%. Ved udvidelsen fra rekombinationen til nu er masse tætheden faldet med en faktor (1100)³ og den falder stadig. Gassen skal have en vis tæthed for at samle sig til stjerner. Det er sandsynligt at der aldrig bliver dannet galakser i de perifere områder. De protogalakser der findes længere ude end de fjerneste galakser har en lille massetæthed og den bliver stadig mindre. De har ikke dannet stjerner og de vil aldrig komme til det. Der er en verden udenfor galakseuniverset Den proces jeg her har skitseret med dannelsen af to kontinenter kan muligvis forklare at universet allerede i en tidlig fase ses at have en struktur. Den traditionelle Big Bang teori går ud fra at universet var en ensartet gas hvoraf galakserne blev dannet ved fluktuationer. Det er i overensstemmelse med the cosmological principle, der siger at universet oprindeligt er ensartet fordi der gælder de samme love overalt. Det strider imidlertid mod observationer af kvasarer, der er galaksekerner i en tidlig fase af universet. Kvasarerne er mere koncentreret i nogle områder på himlen end i andre og har altså dannet en 30

31 struktur. Figur 7 Formationer af galaksekerner fandtes allerede før galakserne havde udviklet sig. F.eks. har Roger Clowes registreret to samlinger af kvasarer kaldet Huge- LQG og CCLQG. Deres rødforskydning er ca z=1,27 svarende til at de ved lysudsendelsen fjernede sig med hastigheden v= km/sek. Ved hjælp af Hubbles lov kan man beregne deres afstand fra os til ca 9 mia lysår. Og længden af Huge-LQG kan da sættes til 4 mia lysår da lyset fra den blev udsendt. De to formationer af kvasarer har muligvis udviklet sig af to kontinenter A og B. Selve kvasarerne må stamme fra særligt store neutroniumkerner. De to formationer har i pricippet samme opbygning som de to større kontinenter der indeholder vor galakseverden. Den synlige galakseverden i vort univers har en udbredelse på 30 mia lys, men for for længe siden havde den en udstrækning på 4 mia lysår. Huge-LQG kan derfor betragtes som en model der viser hvordan vort univers så ud på et tidligere tidspunkt. Kimen til vort store kontinentpar er ifølge antistofteorien opstået på et tilfældigt sted og et tilfældigt tidspunkt. Vi kan derfor regne med at andre kontinentpar er opstået på et andet sted og et andet tidspunkt. Man kan tænke sig at vort kontinentpar opstår først og der siden opstår andre kontinentpar i nærheden. Disse nyere par vil ikke nå at vokse sig så store før de bliver standset i udviklingen af suppens omdannelse til plasma. Vi ender så op med kontinentpar i forskellige størrelser. De kan ligge udenfor hinanden, men også inde i hinanden. Kvasarformationen Huge-LQG + CCLQG kan være et eksempel på et sådant par, der har begyndt sin udvikling noget senere end vort eget par. Hvis det synlige univers er sammensat af flere kontinentpar bliver beskrivelsen af universets struktur kompliceret. 31

32 Ifølge antistofteorien udgør vort galakseunivers kun de indre dele af vort kontinentpar. Men alene opgaven med at beskrive det synlige univers' struktur er enorm. Der er 1,5*10¹¹ galakser og der er forskellige måder at bestemme afstanden til dem på. Som før nævnt ville det være nyttigt at undersøge hvordan galaksetætheden afhænger af afstanden fra os i forskellige retninger. Derved kunne vi få viden om kontinenternes form og vor placering i forhold til kontinenterne. Mange astronomer har arbejdet på at finde store formationer af galakser. I 2003 blev der fundet Sloan Great Wall med en udstrækning på 1,4 mia lysår. En anden metode er at undersøge gammaglimt GRB (Gamma Ray Bursts). Det er de stærkest strålende objekter der kendes og de varer kun få sekunder. Der er indtil 2015 fundet ca Vi ved ikke hvad de kommer fra, men jeg gætter på at to neutroniumkerner har kollideret og frigjort antistof som så er annihileret med stof. Disse gammaglimt findes langt ude i universet der, hvor der er stor tæthed af galakser. På grænsen mellem de to kontinenter er det muligt at en neutroniumkerne fra B har forvildet sig til A. Ungarnske astronomer har i 2013 fundet Great GRB Wall der har en udstrækning på 10 mia lysår. I 2015 er fundet Giant GRB Ring på 5,6 mia lysår. Imellem kontinentpar vil der være et tomrum for neutroniumkerner. Man kunne forestille sig at der ville være et stort tomrum mellem kontinenterne, men det er der ikke. Mellemrummet indeholdt blandet stof og antistof, der forsvandt i plasmafasen ved annihilation. Da kontinenterne udvidede sig bredte de sig uhindret ind i dette strålingsområde og fyldte tomrummet op. De to kontinenter har omgivet sig med intergalaktisk plasma henholdsvis antiplasma. Senere er plasmaen blevet til gas. En kortlægning af de tomme områder kunne være en måde at få et overblik over universets struktur. Det største hidtil fundne tomrum er Great Void med en afstand på 1,5 mia lysår og en udstrækning på 1,3 mia lysår offentliggjort Richard Brent Tully på Hawai observatoriet har fundet en lang række tomrum med udstrækning under 1 mia lysår. Disse tomrum er formentlig eksempler på at antistof har samlet sig i større sammenhængende områder. Jævnfør de bobler vi så på figur 5. Det er nu netop hundrede år siden i foråret 1917 at Albert Einstein fremsatte sin teori om det statiske univers. På det tidspunkt vidste man intet om universets udvidelse og galakserne var ikke kendt. Men det måtte forventes at universet trak sig sammen idet det består af masser der tiltrækker hinanden. Eller også at masserne havde så stor hastighed væk fra hinanden, at massetiltrækningen aldrig kunne nå at bremse dem op. Einstein indførte da en konstant Λ (lambda) i sine ligninger. Den kaldes den kosmologiske konstant og den repræsenterer en frastødende kraft i universet. Der er bare den ulempe ved teorien at universet bliver ustabilt. Hvis massedelen i universet for eks. udvider sig en lille smule så falder massetætheden, men Λ tætheden er den samme, og så vil universet udvide sig mere endnu. Hvis massedelen trækker sig en lille smule sammen er Λ tætheden også uforandret og universet vil trække sig endnu mere sammen. Einstein kaldte selv Λ for the greatest blunder in my career. Siden Einstein har man forgæves forsøgt at finde den 32

33 fysiske tilstedeværelse af Λ. Et af forslagene er vakuum energi. Mon antistofteorien kan sige noget om universet udenfor den kendte galakseverden? Manglen på observationer gør svarene spekulative. Vi kan aldrig få lyssignaler fra så fjerne områder. Mikrobølgebaggrunden figur 4 viser dog, at dele af kontinenterne udenfor galakseverdenen har været omdannet fra gluonsuppe til plasma. De to bjerge, der skabte kontinenterne havde form som cirkulære skiver, hvis diametre voksede. Herfra bredte overskuddet af kvarker eller antikvarker sig ud i kontinenterne. Tæt ved skiven A flyttede kvarkerne sig vinkelret på skiven og da de ikke blev spredt til siderne faldt koncentrationen forholdsvis langsomt i retning væk fra bjergtoppen. Jeg har vurderet at koncentrationen af kvarker ved galakseverdenens ydergrænse var 80% af den maksimale koncentration på bjergtoppen. Længere væk fra skiven A flyttede kvarkerne sig radialt væk fra skiverne og denne spredning medførte en hurtigt aftagende koncentration af kvarker jævnfør figur 2. Koncentrationen af de ildkugler som senere opstod havde samme forløb. Gluonsuppen fordampede da den høje temperatur fra ildkuglerne bredte sig, men den stoppede der hvor der ingen ildkugler var. Udvidelsen bragte ildkugler ud til suppen og fik mere suppe til at fordampe. På et tidspunkt var plasmaens temperatur og tæthed nær ved suppens overflade ikke høj nok til fordampning. Jeg formoder, at suppen i stedet absorberer plasmaen og ligeledes den senere gas. Suppen absorberer også de fotoner og neutrinoer, der måtte ankomme. Den opleves som det absolutte mørke. De absorberede partikler går til at forøge antallet af gluoner og derved øges suppens rumfang. Jeg forestiller mig at suppen trækker sig mere og mere sammen og opsluger det partikelunivers, vi lever i. Må jeg minde om at den tynde vacuumsuppe formentlig vil trække i den tykke ursuppe. Den her beskrevne udvikling forudsætter at den oprindelige ursuppe er uhyre stor og at vort partikelunivers opstår som et hulrum i suppen. En anden mulighed kunne være at suppen har en så begrænset udstrækning, at den fordamper helt i plasmafasen. En mulighed er også at der findes andre partikeluniverser rundt omkring i suppen. Det kan så være at fordampningen af suppe får nogle universer til at forbinde sig med hinanden. Finn Rasmussen [email protected] Hillerød oktober